Question

2．利用如图1装置可以做力学中的许多实验．

（1）以下说法正确的是C
A．用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时，必须平衡小车和滑轨间的摩擦力
B．用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时，在每次改变桶内砝码的质量之后，需要重新平衡摩擦力
C．用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时，应使小桶和桶内砝码的总质量远小于小车的质量
（2）本装置中要用到打点计时器，如图2所示为实验室常用的两种计时器，其中甲装置用的电源是A．
A．交流220V　　　　　B．直流220V　　　　C．交流4-6V　　　　　D．直流4-6V
（3）利用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验（交流电频率为50Hz）
①某同学按规范操作打出的一条纸带的一部分如图3所示，他在纸带上取A，B，C，D，E，F，G，H等7个计数点（每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出），将毫米刻度尺放在纸带上，根据如图3可知，打下E点时小车的速度为0.085m/s，小车运动的加速度为0.10m/s²．
②另一同学在该实验中得到如下一组实验数据（表中F表示细线对小车的拉力，a表示小车的加速度）：

F/N	0.196	0.294	0.392	0.490	0.588
a/m•s-2	0.25	0.58	0.90	1.20	1.53

请在如图4所示的坐标系中作出a-F图象．

Answer 1

分析 （1）利用图示小车纸带装置可以完成很多实验，在研究匀变速直线运动时不需要平衡摩擦力，在探究“小车的加速度a与力F的关系”时，根据牛顿第二定律求出加速度a的表达式，不难得出当钩码的质量远远大于小车的质量时，可以用钩码的重力代替绳子的拉力；
（2）电火花打点计时器，使用220V交流电源，电磁打点计时器使用4-6V交流电源；
（3）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上的某点时小车的瞬时速度大小；根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小，根据描点法作图．

解答 解：A、此装置可以用来研究匀变速直线运动，但不需要平衡摩擦力，故A错误；
B、平衡摩擦力的方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响，即mgsinθ=μmgcosθ，式子成立与质量无关，故改变质量后不需重新进行平衡．故B错误；
C、在利用该装置来“探究物体的加速度与力、质量的关系”时，设小车的质量为M，小桶和桶内砝码的总质量为m，设绳子上拉力为F，
以整体为研究对象有mg=（m+M）a
解得：$\frac{mg}{M+m}$
以M为研究对象有绳子的拉力为：$F=Ma=\frac{Mmg}{M+m}$
显然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于小桶和桶内砝码的重力，故C正确．
故选：C
（2）甲是电火花打点计时器，使用220V交流电源，故A正确
故选：A
（3）①每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出，则T=0.1s，
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度得：
${v}_{E}=\frac{{x}_{DF}}{2T}=\frac{0.04-0.023}{0.2}=0.085m/s$．
根据作差法得：a=$\frac{{x}_{DH}-{x}_{AD}}{9{T}^{2}}=\frac{（0.05-0.023）-（0.023-0.05）}{0.09}$=0.10m/s²．
②根据描点法作出a-F图象，如图所示：
故答案为：（1）C；（2）A；（3）①0.085；0.10；②如图所示．

点评 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后熟练应用物理规律来解决实验问题，要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用．